燃燒器自動上料設(shè)計

劉小龍

摘要：該文闡述了燃燒器自動上料多種方案的選擇和選型優(yōu)化設(shè)計，安裝調(diào)試，分析了難點，分別給出解決方案，由最初人工上料升級為無人自動上料，由無序上料變成有序上料。填補整個燃燒器自動組裝線的空白。

關(guān)鍵詞：燃燒器;自動上料;人工上料;無序上料;有序上料

0 ?引言

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的穩(wěn)步上升，環(huán)保要求也越來越嚴(yán)。目前國外已經(jīng)對天然氣燃燒產(chǎn)生的廢氣有性能指標(biāo)要求，同時也要求國內(nèi)代加工廠商生產(chǎn)的燃燒器相關(guān)系列的產(chǎn)品達到廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)代加工廠商為保證產(chǎn)品穩(wěn)定性和良率，只有通過實現(xiàn)自動化，無人化生產(chǎn)模式，盡量減少人為因素引起的產(chǎn)品質(zhì)量問題，才能實現(xiàn)質(zhì)量的管控。國內(nèi)加工廠商也要求設(shè)備廠商設(shè)計燃?xì)馄髯詣咏M裝線盡量無人化，其中原有人工上料方式需變成自動上料方式。

1 ?燃燒器自動上料多種方案的選擇和選型優(yōu)化設(shè)計

1.1 燃燒器成形內(nèi)殼上料要求

①內(nèi)殼成形件可設(shè)置小車型料倉，小車上放置一定數(shù)量通用型周轉(zhuǎn)箱，規(guī)格400*600，周轉(zhuǎn)箱約存放130件左右，周轉(zhuǎn)箱內(nèi)無序放置，上料過程不能損傷沖壓件精度，上料周期在90分鐘左右，確保生產(chǎn)過程不停機。

②料倉設(shè)置警界線，物料低于警界線時，設(shè)備自動閃黃燈，提示上料。

③設(shè)備需有專用的機構(gòu)從料倉中拿取內(nèi)殼成形件放在專用工裝上。

④料箱存放零件數(shù)量不等，需考慮零件在料箱的位置檢測（深度檢測）。

燃燒器成形內(nèi)芯上料要求：

①內(nèi)芯成形件上料周期在1小時左右，再上料過程不損傷成形件精度的前提下可用振動盤或其他方式上料，來料用300*400規(guī)格周轉(zhuǎn)箱。

②料倉設(shè)置警界線，物料低于警界線時，設(shè)備自動閃黃燈，提示上料。

③設(shè)備需有專用的機構(gòu)從料倉中拿取內(nèi)芯成形件放在專用工裝上。

④料箱存放零件數(shù)量不等，需考慮零件在料箱的位置檢測（深度檢測）。

1.2 燃燒器自動上料方案

燃燒器自動上料有多種方案，其選擇和選型優(yōu)化設(shè)計主要分5種類型的方案，具體如下。

1.2.1 震動盤內(nèi)殼內(nèi)芯上料方案

人工將物料箱中的產(chǎn)品放入喂料機構(gòu)中，通過喂料機構(gòu)給振動盤補料，振動盤將產(chǎn)品排出，流入流水線，通過視覺進行引導(dǎo)機器人抓取產(chǎn)品，如圖1所示。

這種方案加工周期短，通過震動盤就能實現(xiàn)自動排料，結(jié)合視覺機器人就能實現(xiàn)自動上料。在設(shè)計自動喂料到震動盤過程中是有一定困難難度，需考慮到料箱中的零件如何倒入不損傷的問題。

1.2.2 3D視覺（結(jié)構(gòu)光）方案

人工將物料箱放入放料區(qū)，通過升降機移栽機構(gòu)將料箱移栽到機器人取料區(qū)，機器人進行取料，取完移栽機構(gòu)將空箱放入升降機構(gòu)中進行空箱堆放。通過視覺進行引導(dǎo)機器人抓取產(chǎn)品，取完產(chǎn)品后料箱進入取料區(qū)，料箱等待人工取走。

這種方案主要是依靠3D視覺判斷產(chǎn)品特征并且匹配來實現(xiàn)的，由于內(nèi)芯內(nèi)殼屬于不銹鋼材質(zhì)的零件，反光性是比較強的，存在一定的誤判率，3D視覺在此行業(yè)幾乎沒有案例可查。3D視覺價格也是相關(guān)昂貴的，運用此方案有一定風(fēng)險性。

1.2.3 三軸龍門+蜘蛛手（機器人）+4軸機器人方案

①人工手工將物料箱放入放料區(qū)，通過升降機移栽機構(gòu)將料箱移栽到機械手取料區(qū)，機械手進行取料，取完移栽機構(gòu)將空箱放入升降機構(gòu)中進行空箱堆放（料框個數(shù)需滿足90分鐘上料周期）;

②料倉將料框送至桁架機械手抓取位置;

③桁架機械手手抓為磁性手抓，不斷將零件抓入輸送線上，機械手上的手抓帶有零件檢測裝置直到零件檢測傳感器檢測不到機械手上有零件后，給送料倉信號，料倉將新料框送入工位;

④內(nèi)芯及內(nèi)殼輸送線上帶有2D視覺系統(tǒng)，將零件方向位置信息傳送給蜘蛛機械手，蜘蛛機械手將零件抓取后旋轉(zhuǎn)角度放入帶工裝的輸送線上;

⑤工件的輸送線末端安裝一臺水平四軸機器人，將零件放入電阻焊工裝上。

這種方案價格昂貴，占地面積大，機器人采購周期長，龍門加工安裝調(diào)試不是很方便。程序應(yīng)用比較復(fù)雜，調(diào)試周期長，此設(shè)備性價比偏低。

1.2.4 雙三軸模組（懸臂） +雙4軸機器人（一臺設(shè)備）方案

①小車推入;

②升降模組托起周轉(zhuǎn)箱上升，此時滿料小車可回收;

③最上層周轉(zhuǎn)箱被定位;

④并與下層分離;

⑤抓料：

1）抓料爪下降，電磁鐵浮動取料;

2）電磁鐵獨立上下運動，抖料，目的通過工件加速升降，初步除去一個電磁鐵吸2個料的情況;由于吸力通過被電磁鐵直接吸取的工件傳動磁力，所以磁力小，通過慣性剔除;

3）如果1個電磁鐵同時直接吸兩個料，則每個料磁力都會小2個同時抖掉;

4）運動抓料爪。到ccd上方再次判斷有無疊料;

5）有疊則，次電磁鐵，不放料，返回料框放料;

6）其余無疊料電磁鐵放料。

這種方案采購占地面積偏大，成本相對較高，周期相對較短，風(fēng)險性小，上料時不容易損失產(chǎn)品表面以及破壞產(chǎn)品，設(shè)備節(jié)拍也滿足設(shè)計要求，但內(nèi)芯上料料箱與內(nèi)殼上料尺寸不一致。設(shè)備公用與兼容性偏低。

1.2.5 三軸模組（懸臂） +4軸機器人（2臺設(shè)備）方案

內(nèi)殼上料：

人工將目標(biāo)小車以及備用小車放入指定位置。內(nèi)殼上料車一次可以放4-5箱料（確保2個小時不停機）。

①設(shè)備自動檢測到小車在正確的位置后機構(gòu)定位周轉(zhuǎn)箱開始上料，上料結(jié)束另外一箱上升到預(yù)定位置空箱移栽到另外一臺空車上。

②機械手置帶20kg電磁鐵，吸取內(nèi)殼放置在皮帶線上。

③檢測光柵進行檢料，檢測完成后，皮帶線啟動，內(nèi)殼進入分料區(qū)域進行分料，內(nèi)殼流入機器人檢測抓取區(qū)域。

④4軸機器人進行工件的抓取。

這種方案采購周期相對較短，風(fēng)險性小，上料時不容易損失產(chǎn)品表面以及破壞產(chǎn)品，設(shè)備節(jié)拍也滿足設(shè)計要求，設(shè)備性價比較高。

難點有：燃燒器自動化產(chǎn)線項目中遇到上料難點，由無序上料變成自動上料。有很多苛刻要求諸如自動檢測料箱，自動篩選，自動測量料箱深度，自動分料，自動吸料，自動判斷無剩料。面對很多不可控因數(shù)，從開始生產(chǎn)的吸料不穩(wěn)定，節(jié)拍不夠，在實踐中找到原因，調(diào)整方案，優(yōu)化方案，在現(xiàn)場前完成安裝和調(diào)試工作。

1.3 解決方案

自動判斷料箱深度檢測過程中，由于材料的反光性以及零件的雜亂無序，通過視覺及測距傳感器是無法完成了且費用高。針對該系列難題，作者提出了如下解決方案：

①內(nèi)芯內(nèi)殼吸取方式：對內(nèi)芯內(nèi)殼的外形，材料特性進行了全方面的了解，確定內(nèi)芯內(nèi)殼可以采用磁鐵吸取的方式。

②內(nèi)殼上料方式：小車一進一出方式（一邊滿箱區(qū)，一邊空箱區(qū)）。

③內(nèi)芯上料方式：上進下出的方式（臺面上放滿箱區(qū)，臺面下放空箱區(qū)）。

④自動檢測料箱：通過對射傳感器進行檢測料箱

有無。

⑤自動篩選：內(nèi)芯內(nèi)殼在料箱中是無序的，無規(guī)則性，此時料箱的零件需要進行抖動，便于磁鐵的抓取。設(shè)計抖動機構(gòu)機構(gòu)帶動料箱做加速度運動。

⑥自動吸料：由于內(nèi)殼零件比較異形，零件屬于無序狀態(tài)，有時候4個吸盤一個都吸不上，無法滿足節(jié)拍要求?？招牧慵﹄姶盆F影響很大，2.5kg的電磁鐵連15g的內(nèi)殼都吸不住，空心零件破壞了電磁鐵的磁場。通過實驗改用了20kg的電磁鐵才能吸住，因考慮到不是每個吸盤都能吸住，通過統(tǒng)計概率學(xué)分析，增加吸盤數(shù)量，由4個變成8個吸盤，從而使節(jié)拍滿足要求。機器人吸取這塊采用吸盤方式而沒有采用電磁鐵方式，此處吸取有精度要求，尺寸偏差精度需達到+/-0.5mm。通過視覺定位引導(dǎo)機器人進行吸取。吸盤采用特殊吸盤設(shè)計，其結(jié)構(gòu)有自封小孔的特性。

⑦自動判斷無剩料：通過CCD拍照進行比對，計算出零件位置，引導(dǎo)吸取機構(gòu)吸取零件。

⑧綜上難點分析，選擇可行性方案來實現(xiàn)上料。方案一振動盤存在損失產(chǎn)品表面且無法追溯到具體零件上。雖操作容易但風(fēng)險性高，不宜采用。方案二3D視覺經(jīng)反復(fù)實驗驗證零件具有反光性，有一定誤判與吸取失敗性，設(shè)備造價高，外購件交貨周期長，不宜考慮。方案三蜘蛛手機器人造價高，空間尺寸大，造價成本高，交期長，不宜采用。方案四料箱不兼容，結(jié)構(gòu)做成一體不易維修。方案五設(shè)備易于維修，造價相對比其他方案低，交期可控，故采用此方案。

2 ?機架外觀設(shè)計與安裝布局

內(nèi)芯機架設(shè)計優(yōu)先考慮操作性和可維修性，機架采用60*60*3.0方管焊接而成。三點組合采用凹坑處理防止零件損壞，外形規(guī)整美觀。

內(nèi)芯機架設(shè)計優(yōu)先考慮操作性和可維修性，機架采用60*60*3.0方管焊接而成。小車部位框架采用開放性框架，通過臺面板以及側(cè)面支撐固定機架，防止機架變形。臺面采用多塊板連接。節(jié)約設(shè)備成本且加工起來方便，組裝也方便。

至此，本文闡述了燃燒器自動上料多種方案的選擇和選型優(yōu)化設(shè)計，安裝調(diào)試，分析了難點，分別給出解決方案，由原先人工上料改成無人上料，填補整個燃燒器自動組裝線的空白。經(jīng)過不斷的驗證與分析處理，找到了合適的方案，同時也保證了不損壞零件表面。設(shè)備造價屬于中等，性價比高。不斷優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備性能，得到了客戶的認(rèn)可，同時也突破了很多關(guān)鍵技術(shù)，解決了無序上料的難點，為該行業(yè)提供技術(shù)支持。

3 ?測試結(jié)果

通過在客戶現(xiàn)場批量生產(chǎn)驗證，設(shè)備滿足客戶需求。人工將帶有零件料箱的小車推入到上料機指定位置，啟動設(shè)備，觀察機器人是否將零件精確放入下道工序設(shè)備工裝中。人工觀察清箱過程中是否將料箱中的零件抓取完成的測試方法來判定，通過驗證均滿足要求。

4 ?總結(jié)

該文闡述了一些特殊場合需要運用到無序上料技術(shù)，在無序上料變有有序上料過程中由于各種原因人不能參與排料整理料，使得整個項目的瓶頸都體現(xiàn)在上料部分導(dǎo)致無法實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的全過程。作者通過解決該行業(yè)中的上料難點，通過分析零件反光性，無序性，來料的數(shù)量差異大的現(xiàn)狀來攻克難關(guān)。使得該項技術(shù)在該行業(yè)提供了參考，也填補了該行業(yè)自動化領(lǐng)域的空白。

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